Синтетические топлива

План лекции:

1. Теоретические сведения

2. Производство алифатических спиртов

3. Производство МТБЭ

1 Теоретические сведения

- Автомобильные бензины называют «ископаемым топливом», поскольку они производятся из нефти, а при сгорании любого ис­копаемого топлива выделяется огромное количество загрязнений, представляющих серьезный риск для здоровья людей и других жи­вых существ экосистемы.

- Формирование нефти идет миллионы лет, а добыча и потребление в последнее столетие имеют глобальный характер, то рано или поздно нефть может закончиться.

Это ставит перед нами часто обсуждаемый в последнее время вопрос: как улучшить в экологическом отношении ситуацию с эмиссией автотранспорта и чем мы можем заменить ископаемое топливо в бензиновых дви­гателях?

Самый частый ответ сегодня – это использование аль­тернативных кислородсодержащих компонентов (оксигенатов), заменяющих ископаемое топливо и улучшающих (в экологичес­ком аспекте) состав отработанных газов двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Даже частичная замена ископаемого топлива на кислородсодержащие компоненты позволяет практи­чески исключить локальные перегревы двигателя, в результате чего значительно улучшается экологическая характеристика отра­ботанных газов автомобиля, снижается эмиссия оксидов азота, да­ющих наибольший парниковый эффект.

Термин «кислородсодержащие топлива», или «топлива с окси­генатами», может относиться к различным типам топлив. Кисло­родсодержащий бензин, как правило, содержит алифатические спирты или эфиры.

Сегодня во всех развитых странах оксигенаты рассматриваются как основная альтернатива металлоорганическим антидетонато­рам и высокооктановым ароматическим компонентам бензинов. На практике используют: метанол, этанол, метил-трет-бутило-вый эфир (МТБЭ), этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), метил-трет-амиловый эфир (МТАЭ), этил-трет-амиловый эфир (ЭТАЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ), метил-втор-пентиловый эфир (МВПЭ) и др. Введение оксигенатов в состав моторных топлив позволяет решить по крайней мере две основные задачи:

- улучшить эксплуатационные свойства нефтяных топлив, в первую очередь повысить их детонационную стойкость, так как увеличение концентрации кислорода в топливе снижает теплоту сгорания топливоздушной смеси, происходит более быстрый отвод тепла из камеры сгорания, и в результате снижается макси­мальная температура горения;

- сократить расход нефти на производство моторных топлив (на производство 1 т моторного топлива расходуется от 1,5 до 2 т нефти).

Кроме того, оксигенаты снижают содержание токсичных веществ в отработанных газах, увеличивая полноту сгорания топлив. Например, введение 2 % кислорода в топливо снижает содержание СО и несгоревших углеводородов в отработанных газах на 7-10 %.

Наиболее распространенный оксигенат – этанол (особенно широко используется в США и Бразилии). Основное сырье – кукуруза (США) и сахарный тростник (Бразилия). Без переработки двигателя может добавляться в топливо до 10 % об. В специальных двигателях может использоваться как основное топливо с добавлением 5-15 % об. бензина.

Следующий по распространенности – МТБЭ. В США его запретили в 2006 г из-за высокой токсичности. МТБЭ имеет следующие преимущества перед этанолом:

- хорошо перемешивается с бензином,

- не гигроскопичен,

- отсутствуют проблемы с расслоением топлива.

Однако из-за высо­кой токсичности МТБЭ в Европе постепенно заменяется на эта­нол и ЭТБЭ. При техническом перевооружении установок по про­изводству МТБЭ на выпуск ЭТБЭ не требуется серьезных затрат, но дороговизна этилового спирта по сравнению с метанолом ме­шает массовому переводу установок на выпуск ЭТБЭ.

В последнее время резко возрос спрос на бутанолы как добавки к бензинам. Они обладают преимуществами по сравнению с эти­ловым спиртом (лучше смешиваются с бензином, менее гигроско­пичны), но их октановое число меньше (особенно по исследова­тельскому методу).

Метанол в силу его высокой гигроскопичности и связанных с этим проблем с расслоением топлива в качестве добавки к бензи­нам практически не используется.

Таблица – Физико-химические свойства некоторых оксигенатов

Показатель	Базовый бензин	Мета­нол	Этанол	Изо- пропа- нол	н-Бута­нол	Изобу- танол	МТБЭ	МТАЭ	ЭТБЭ	ДИПЭ
Плотность при 20°С, кг/м^3	700-780	791,4	789,3	789	810	802	746	770	742	726
ОЧММ ОЧИМ	75-85 75-95	94 111	92 108	95 117	94 99,6	96 108	102 118	99 112	105 118	100 110
Температура, °С: кипения застывания	35-205 -60-:-80	64,7 -93,9	78,4 -114,1	82,4 -89,5	117,5 -90,2	108,1 -108	55,2 -108	86,3 -	73 -97	68 -86,2
Теплота, кДж/кг: испарения сгорания	180-306 42 500	1183 22 315	839,3 26 945	672 33 470	591,2 35 520	578,4 35 520	337 38 220	326 39 392	315 39 262	314 39 344
Содержание кисло­рода, % (мас.)	-	49,9	34,7	26,6	21,6	21,6	18,2	15,7	15,7	15,6
ПДК паров, мг/м^3	100	5	1000	10	10	10	100	-	-	250
ДНП при 38 °С, кПа	45-100	35	17	13	8,4	8,5	61	22	20,7	47
Максимально допус­тимое содержание в бензине, % (об.)	100	3	10	10	10	10	15	15	15	11